化工原理 第五章 吸收课后习题及答案

课后习题及答案

第五章 吸收

相组成的换算

【5-1】 空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少？

解 因摩尔分数=体积分数，y 0.2摩尔分数 摩尔比

Y

y1 y

0.21 0.2

0．25

【5-2】 20℃的l00g水中溶解lgNH3, NH3在溶液中的组成用摩尔分数x、浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？

解 摩尔分数x

1/171/17 100／18

=0．0105

浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度 s溶液中NH3的量为 溶液的体积

n 1 10

3

3

998.2kg/m

3

代替。

/17kmol

3

V 101 10/998.2 m

=0．581kmol／m

3

溶液中NH3的浓度c或

c

nV

=

1 10101 10

3

/17/998.2

3

s

M

s

x

99.823

0．010 5．0km58ol2／m18

NH3与水的摩尔比的计算

X

1/17100/18X

x1 x

0．0106

0．0106

或

0.01051 0.0105

【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。

吸收率的定义为

原料气中溶质量 被吸收的溶质量

Y1 Y2

Y1

1

Y2Y1

解 原料气中NH3的摩尔分数y摩尔比

Y1

y11 y1

0.11 0.1

0.1

0.111

吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为

Y2 (1 )Y1 （1 0.9） 0.111 0.0111

摩尔分数

y2

Y21 Y2

=

0.0111

0.010 98

1 .00111

气液相平衡

【5-4】 l00g水中溶解lg NH3，查得20℃时溶液上方NH3的平衡分压为798Pa。此稀

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溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa)、溶解度系数H[单位为

kmol/(m kPa)

3

]和相平衡常数m。总压为100kPa。

1/171/17 100/18

*

解 液相中NH3的摩尔分数x气相中NH3的平衡分压

0.0105

P＝0.798k P a

亨利系数 E p*／x 0.798/0.01 05 76液相中NH3的浓度 溶解度系数

c

nV

1 10101 10

3

/17/998.2

3

0.581 kmol／m

3

3

H c/p* 05.81/0.79 8

1/171／17 100/18

.0k7m28ol/(m

Pak

液相中NH3的摩尔分数

x 0．0105

气相的平衡摩尔分数 y* p*／p 07.9／81 00相平衡常数

m

y*x

0.798100 0.0105

0.76

或 m E/p 76/100 .0 76

【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为101.325kPa，温度为10℃时，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为p* 3.313 106x，式中p*为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa；x为溶液中氧的摩尔分数。

解 总压p 101.325 kPa

空气中O2的压力分数 pA／p 体积分数 0.21 空气中O2的分压 亨利系数

pA 0.21 101.325 kPa

6

*

E 3.31 3

1k0P a

(1) 利用亨利定律p*

A

Ex

计算

与气相分压pA 0.21 101.325kPa相平衡的液相组成为

x

pA

0．21 101.32562 6.42 10kmol O／kmol6E3.313 10

*

溶液

此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42 10 6kmol O2 因为溶液很稀，其中溶质很少

1kmol

水溶液≈1kmol水=18 kg水

9.9k7g／m

3

3

10℃，水的密度 9故

1kmo水溶液l≈18／999.7m水

即

18999.7

m

3

水中最大可能溶解6.42 10 6kmol氧

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故

1m

3

水中最大可能溶解的氧量为

6

6.42 10 999.7

18

3.57 10

2

4

kmolO2

3.57 10

4

32 1.14 10

kgO2 11.4gO2

(2) 利用亨利定律p*

A

H 1m

3

cAH

计算

= 1.676 10

5

s

EMs

=

999.73.313 10 18

6

kmol／ m kPa

3

水中最大可能溶解的氧量为

*

5

4

cA pAH (0.21 101.325) (1.676 10) 3.57 10

4

2

kmolO2／m

3

溶液

3.57 10

32 1.14 10kgO2 11.4gO2

【5-6】含NH3体积分数1.5%的空气-NH3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH3总压为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数E氨水溶液的最大浓度，kmolNH3／m3溶液。

解 气相中NH3的摩尔分数y 0.015 总压p 203kPa，气相中NH3的分压p*A(1) 利用亨利定律p* Ex计算

与气相分压p相平衡的液相中NH3的摩尔分数为

x

pAE

*

80kPa

。试求

py 203 0.015kPa

203 0.015

80

0.0381

NH3水溶液的总浓度

c

s

Ms

99.823

kmol/m18

水溶液中NH3的最大浓度

cA cx

99.82

0．038 118

3

(2) 利用亨利定律p*A

E 80kPa,H

*

2.11kmol NH3/m

溶液

cAH

计算

=0．693 kmol/(m kPa)

3

3

s

EMs

=

998.280 18

cA pAH (203 0.015) 0.693 2.11 kmol NH3/m

溶液

【5-7】温度为20℃，总压为0.1MPa时，CO2水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa时，相平衡常数m为多少？温度为20℃时的亨利系数E为多少MPa?

解 相平衡常数m与总压p成反比，

p 0.1MPa 时 m 1660，p' 1MPa

时

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m' m

pp'

= 1660 < …… 此处隐藏：11611字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……